[发明专利]基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制系统及方法

说明书

本发明涉及磁探测技术领域，公开了一种基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制系统及方法。该系统包括：检测光源产生检测光；原子气室充有用于敏感角速率的介质；驱动光源产生驱动光；激励线圈方向与检测光通过原子气室方向相同；直接数字式频率合成器输出激励信号驱动线圈产生同相激励磁场；偏振分光棱镜将检测光分为两路不同方向的偏振光；第一探测器和第二探测器对两路不同方向的偏振光进行探测；减法器对两路输出信号进行相减；乘法器对减法器输出信号和激励信号相乘；滤波器对乘法器输出信号滤波；累加器对滤波器输出信号累加平均并将累加平均后得到的信号输出至频率合成器对激励信号进行反馈调节。由此提高了磁强计的灵敏度和稳定性。

技术领域

本发明涉及磁探测技术领域，尤其涉及一种基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制系统及方法。

背景技术

磁异常探测是通过测量磁性物体引起的地球磁力线扰动，利用磁异常信息探测与识别磁性物体的一种技术，具有定位精度高、纯被动探测、环境适应性好等优点，在油气矿产的资源勘探、水下目标识别等领域获得了广泛应用。标量原子磁强计具有高灵敏、小体积、对姿态不敏感等突出优势，特别适用于海洋资源勘探、水下目标磁异常探测等领域。以磁异常探潜为例，需要原子磁强计具备高灵敏度的同时兼顾高稳定性。通常，认定原子自旋进动相位与激励磁场相位正交为磁共振状态，并以此作为磁场测量的依据。因此，原子磁强计检测回路中的相位误差将直接转化为磁场测量误差，影响原子磁强计的精度。

传统的标量原子磁强计通过正交激励及移相器构成闭环控制回路，具有结构简单、模拟输出、易于实现的特点。然而，该方法必须使用移相器对磁强计输出做90°移相，再闭环反馈作为激励输入。移相器只能在特定频率实现准确移相，限制了磁强计在大量程高动态应用中的精度；此外，移相器本身的相位噪声等效为磁强计的磁场测量噪声，影响了磁强计的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制系统及方法，能够解决现有技术中磁强计的灵敏度和稳定性受影响的问题。

本发明的技术解决方案：一种基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制系统，其中，该系统包括：

检测光源，用于产生检测光；

原子气室，所述原子气室内充有用于敏感角速率的介质；

驱动光源，用于产生驱动光，使所述原子气室中的原子指向同一方向；

激励线圈，所述原子气室设置在所述激励线圈之间，所述激励线圈方向与检测光通过所述原子气室方向相同；

直接数字式频率合成器，用于输出激励信号以驱动所述激励线圈产生同相激励磁场；

偏振分光棱镜，用于将通过所述原子气室的检测光分为两路不同方向的偏振光；

第一探测器和第二探测器，分别用于对两路不同方向的偏振光进行探测；

减法器，用于对所述第一探测器的输出信号和所述第二探测器的输出信号进行相减；

乘法器，用于对所述减法器输出的信号和直接数字式频率合成器输出的激励信号进行相乘；

滤波器，用于对所述乘法器输出的信号进行滤波；

累加器，用于对所述滤波器输出的信号进行累加平均并将累加平均后得到的信号输出至所述直接数字式频率合成器对激励信号进行反馈调节。

优选地，所述滤波器为低通滤波器。

优选地，所述第一探测器和所述第二探测器为光电探测器。

优选地，所述检测光源和所述驱动光源均为激光源。

本发明还提供了一种基于同相激励的标量原子磁强计闭环控制方法，其中，该方法包括：